(57)【要約】    【課題】  小型携帯機器に装備される指紋センサ等に用いられる圧力検知型のセンサ上で指が動かされるのを検知してカーソルの制御を行なう。    【解決手段】  センサエリア上に指が触れられると指紋に対応する像がイメージアレー１４に形成される。この像に対応するデータが検出増幅器１８を経て、最新のデータを保持するための現用ＲＡＭ２０に出力される。基準ＲＡＭ２６には基準のデータがストアされている。相互相関器２４は、現用ＲＡＭ２０と基準ＲＡＭ２６と予測器２８とからデータを受信し、処理する。この結果は補間器３０が受信し、続いて補間器３０がそれを予測器２８とファームウェア判定兼制御器１６へ送信する。指紋認証時にはイメージアレー１４のフルの画像が、ポインティングデバイスとして用いる場合にはイメージアレー１４の部分的に選択された画像が用いられる。    【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーソル操作器を有する移動体内蔵型デバイスを具備するデバイスであって、前記カーソル操作器が、
人の指の接触を検出するよう作動可能な検出面であって、前記接触が、印加される圧力に対応する検出面と、
前記検出面上に配置された圧力センサアレーであって、複数の圧力センサによる計測値が像に対応する、圧力センサアレーと、
前記圧力センサアレーから複数の像を受信し、前記複数の像の間に存在する変化に対応してカーソル操作を生成する像検出器と
を備えることを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーソルの移動やメニュー選択等の操作に用いることが可能な入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の機能と設定は、メニュー選択を介して制御される。一般に、装置の表示器はメニューを提示し、メニューを閲覧することで先ず必要とされる機能／設定を選択することができ、続いて恐らくはその上に必要な値を設定する。メニューは大抵、サブメニュー分岐と恐らくはそこからより多くの分岐がさらに分岐する幾つかの主分岐（主メニュー）が存在する基盤を有する階層構造に構成してある。
【０００３】
この種のメニューから、カーソル或いはそれを示すメニュー分岐により正しい機能を示す矢印キーを用いて閲覧し、かつ承諾キーを用いて選択を承諾することにより選択を行なうことができる。矢印キーは一般に、アナログ入力デバイス、例えば携帯電話の中央部に位置するミニジョイスティックや釦上に配置された親指大の揺動釦である。このデバイスは、ｘ方向およびｙ方向にユーザが指で印加した力を検出するのに基づくものである。本デバイスはポィンティング機能の点で非常に満足すべきものであるが、その使用にはユーザの側に器用さが要求される。
【０００４】
大画面応用分野に用いる従来の（静電容量式）タッチパッドは小型の可搬式電子製品には使用できず、何故ならそれらの大きさ対解像度比が入力操作検知データ（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌ  ｄａｔａ）出力の精度と有用性を制限しているからである。それらの有用性は、指紋等の生体情報データを提供（出力）出来ないことでさらに制約される。
【０００５】
従来の静電容量式タッチパッドと同様、光学的入力操作検知装置が大型画面応用分野に用いられている。一般の光学式マウス入力操作検知センサにとって、検出画素配列は１６×１６画素から３２×３２画素までの範囲にある。これは、一つの画像を他の画像へ正確に相関付けするのに必要な情報量である。この相関付けは、種々の異なる種類の変位に対して行われる。移動距離は、最良の（最も高い）相関付けを得るのに必要なオフセットに対応する。
【０００６】
個々の圧力スイッチセンサは、一般に相当の容量値を有する。データラインは、検出線路がその電圧を上昇させた後に安定するまでに有限の時間を要する。各行に対する読み出しは、例えば２５ｋＨｚに制限されており、ビット当りのレートは１メガビット／秒に制限される。正確な光学的入力操作検知は、約５００Ｈｚのフレームレートを必要とする。このことは、各フレームがその中に約２０００画素しか有し得ないことを意味する。さらに、光学式入力操作検知はデスクトップシステムには理想的であるが、それは移動体電子機器市場では最適ではないかも知れず、何故なら電池動作型可搬式製品向けのあらゆる入力装置は小型で薄型で極めて低電力（低消費電力）にする必要があるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光学式マウスや光学式入力操作検知装置にとって、これらのマウス等を操作する可能性のある様々な面について別の技術的難題が存在する（これらのマウス等を操作する際の表面としては様々なものを想定しなくてはならないので新たな技術的困難が存在する）。ユーザはいろいろな表面の上でマウスを用いることがあるため、データからＸ及びＹの移動を相関付けして導き出すことは非常に複雑である。正確な位置検知を達成するには、洗練された入力操作検知アルゴリズムと併せ極めて高速のフレームレートが要求される。
【０００８】
従来の入力操作検知技術は、小画面応用分野（画面サイズの小さい機器への応用）に良好に適合するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
人の指が使用されているときにカーソル操作を提供するシステムには、人の指が印加する圧力を検出するよう作動可能な検出面が含まれる。圧力センサアレーは検出面上に配置してあり、そこでは複数の圧力センサの計測値が像に対応する。像検出器が圧力センサから像（データ）を受け取り、複数の像の間に存在する変化に対応するカーソル操作を生成する。カーソル操作は、平面的な方向を示す動きか、データ入力に対応する。
【００１０】
実使用に際しては、圧力感応カーソル制御は携帯電話や携帯情報端末を含む応用分野に適したものである。カーソル制御は、繊細な指の動きによりもたらされる。指の連続像を捕捉して比較し、平面移動またはデータ入力を割り出す。捕捉像内の区域をサンプリングし、この区域を先の像内のそれと比較することで性能を改善することができる。このことは、以下で繰り返し触れることにする。
【００１１】
性能は、上記アレーをサブサンプリングすることによっても改善し得る。圧力検出アレーのフル解像度は人の指紋を捕捉して認証機能を実行するのに必要とされるが、有意味な入力操作検知データの導出には配列からのサブサンプリング像のみが必要とされる。圧力センサアレーは、装置コストを切り下げるべくガラス基板上に設計してある。データを分析するシリコンを伴うチップも上記アレーを駆動し、かくして入力操作検知時のアレーサブサンプリング及び／又は認証時のフル解像度での像の捕捉を可能にしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
圧力準拠（圧力に基づいて検出する形式）の指紋センサは、指をセンサに押し付けたときに指紋隆起下側でのより大きな圧力を検出する。指紋センサは、圧力検出アレー、例えば２５６×２５６の５０ミクロンマイクロスイッチ或いはマイクロ圧力センサとして構成される。圧力検出は、幾つかの異なる方法で、容量的にも機械的にも達成することが出来る。本発明を用いることで、圧力センサすなわち圧力検出アレーはメニュー駆動（メニューを選択して操作する）システム用のカーソル移動推定だけでなくユーザの指紋を認証するのに用いる生体情報デバイスとしても用いることができる。両機能を首尾よく達成することのできる「ミニタッチパッド」を、作り出すことも出来る。
【００１３】
指ベース入力操作検知は、指紋センサの周りで指を動かすことでパーソナルコンピュータ（ＰＣ）や可搬式ディジタル端末（ＰＤＡ）や携帯電話画面上でカーソルを移動させるのに用いることができる。マイクロスイッチアレーと圧力検出システムを用いることで、入力操作検知データの推定はより簡単なものにできる。何故なら、アレーに触れる表面が人の指、すなわち既知の表面であるからであり、さらにその大きさが制限されているために極めて高速に動く可能性は低く、それ故に極めて高速のフレームレートを必要としないからである。
【００１４】
図１は、従来技術の圧力準拠指紋センサに対応する回路図を示す。高圧領域すなわち指紋隆起の存在は、互いに直角をなすように電気的に接続された一連のセンサから読み出される。人の指を指紋圧力センサへ押圧すると、それは図２に示す如く数点に触れるだけである。入力操作検知ウィンドウは、印影が最も満足できる箇所へセンサ上で移動させる必要がある。
【００１５】
代替実施形態では、ガナパッチ（Ｇａｎａｐａｔｈｉ）その他による２００２年５月１４日出願の米国特許第２００２０１６６３８８号「検出方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｅｎｓｉｎｇ）」に開示されたものと同様の微小電機スイッチ（ＭＥＭｓ）配列を用いることで、指の動きを追尾することができる。指を移動させると、スイッチのうち幾つかは解除され、それらの状態、例えば押圧或いは押圧解除から速度と方向が導き出される。
【００１６】
入力操作検知では、識別（指紋認証）よりも必要とするデータが少ない。第１のステップは、時の経過に沿う異なる瞬間における特徴の速写像（指紋中の特徴部分のスナップショット）を捕捉することである。続いてこれらの速写像を比較し、所与の特徴、例えば指の渦状紋或いは輪郭が移動したかどうかを割り出す。この比較が、方向を示す動きをもたらす。
【００１７】
圧力センサアレーでは、速写像ごとのデータ内容はサブサンプリング（部分的なサンプリング）をすることにより減らすことができる。サブサンプリングは、サンプリングしたアレー全体の解像度を減らすか或いはデータを収集する領域数を減らすことによって行なうことができる。この低減させたデータにより、入力操作検知内容の性能増大が可能になる。図３Ａ乃至図３Ｄは、異なるサブサンプリング法を説明するものである。各実施形態ごとに、サンプリング画素（サンプリングする点）を丸で囲ってある。
【００１８】
一実施形態では、アレー内で所定個数おきに画素を間欠的にサンプリングすることでアレーのサンプリング解像度を低減することができる。実際のサンプリング解像度は、特徴の大きさに関係する。これについて説明すると、指の輪郭を追尾する場合、渦状紋を追尾する場合よりも必要なサンプリングが少ない。ユーザは、追尾する特徴の大きさに基づきサブサンプリング率を選択することができる。図３Ａは、画素を４個おきにサンプリングするアレーを示す。センサ解像度が人の指紋に必要とされるものとほぼ一致するため、サブサンプリング全体が重要な相関データの損失に通ずることもある（センサ解像度がもともと人の指紋を検出するのに必要な程度となっているので、サブサンプリングによって間引いて検出を行なうと、重要な相関データの損失に通ずることもある）。
【００１９】
別の実施形態では、データを収集する領域の数を減らし、例えば領域的な入力操作検知とするが、サンプリング解像度は比較的高いままである。指紋識別用のサンプリング解像度を用いることができる。最も単純な形式では、単一の領域或いは区域を監視する。図３Ｂに示した単一区域の実施形態では、その区域の速写像を比較し小さな特徴、例えば渦状紋が移動したかどうかを割り出す。本実施形態では、限定された入力操作検知の形態をもたらす。指が区域外部を移動すると、追尾を中断し、入力操作検知は停止する。
【００２０】
冗長性および信頼性のために、速写像は２領域以上の能動的入力操作検知を含めることができる。かくして、一区域が指との接触を断たれた場合、他区域が依然として入力操作検知情報を提供する。複数区域入力操作検知が、図３Ｃと図３Ｄに示してある。これらの実施形態では、幾つかの入力操作検知区域はアレー中から選択され、それら全ての入力操作検知区域から入力操作検知データを割り出す。かくして、指が特定の領域を外れて移動する場合、他の領域が追尾を維持することとなろう。図３Ｃ中、区域はアレー全体中でほぼ均一に分布している。図３Ｄ中、区域は本システムの最終的な用途（ｅｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）に適したパターンに分布させてある。ビデオゲームは、単純なメニュー選択をするものとは異なるパターンを必要としよう。かくして、これらの区域は可変密度をもってアレー全体中に配置することができる。
【００２１】
図４は、本発明の機能ブロック線図１０を示す。多重（ＭＵＸ）ドライバ１２がイメージアレー１４へデータを送信し、ファームウェア判定兼制御器１６からのデータを送受信する。像アレー１４の出力は、行及び列検出増幅器１８が受信する。データは現用読み取りアクセスメモリ（ＲＡＭ）（最新データを記録するＲＡＭ）２０へ送り、ファームウェア判定兼制御器１６と双方向通信する。シリアルポート２２が、ファームウェア判定兼制御器１６と双方向通信する。相互相関器２４が、現用ＲＡＭ２０と基準ＲＡＭ２６と予測器２８とからデータを受信し、処理する。この結果は補間器３０が受信し、続いて補間器３０がそれを予測器２８とファームウェア判定兼制御器１６へ送信する。
【００２２】
像アレーは、圧力センサのアレーとすることができる。このアレーは、ガラス基板上に設計することができる。シリコンを伴うチップ、すなわち集積回路が、残るブロックを包含している。この集積回路は、図３Ａ乃至図３Ｄに説明したサンプリングに従ってデータを分析する。かくして、このアレーは入力操作検知時にはサブサンプリングし、或いは認証時にはフル解像度で像をサンプリングすることができる。
【００２３】
動作時に、ユーザはセンサを強く押すことがある。これは、「クリック」或いは「入力」操作と解釈されよう。一例として、指紋押圧には２００ｇ乃至５００ｇの力で十分であるような状況で、１０００ｇの力は強く押したものと解釈される。
【００２４】
携帯電話や携帯情報端末を含む応用分野に適した圧力感応カーソル制御には、人の指紋検出に適した圧力センサアレーが含まれる。微妙な指の動きが、カーソル制御をもたらす。指紋の一連の像を捕捉し、平面移動なのか、あるいはデータ入力なのかを判定すべく比較する。あるいは、指紋の像を記憶済みの像と比較してもよい。一致、例えば肯定的な確認がなされると、デバイスに対する、制約されていたアクセスを開始することができる。指紋の触覚像は、指紋の二分岐或いは三分岐の様々な点の作成に役立つテンプレート生成アルゴリズムを経る。一部の指紋アルゴリズムは、これらのテンプレートに加えて別の情報、すなわち指紋の湾曲特性等の情報を付加することもある。生成されたこのテンプレートは続いて、電話機メモリ内に先に記憶させておいた「解読された」（”ｄｅｃｒｙｐｔｅｄ”）テンプレートと比較し、可能性のある一致に対し効果尺度（有用性、ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  ｍｅｒｉｔ）をもたらす。
【００２５】
上記の説明は携帯電話に相応しい実施形態を例示するものであるが、本発明入力装置がラップトップコンピュータや自動窓口機（ＡＴＭ）や可搬式ゲーム装置やユーザ入力を必要とする他の応用分野に用い得ることは当事者には明かとなろう。
【００２６】
なお、本発明は例として次の態様を含む。（  ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］  カーソル操作器を有する移動体内蔵型デバイスを具備するデバイスであって、前記カーソル操作器が、
人の指の接触を検出するよう作動可能な検出面であって、前記接触が、印加される圧力に対応する検出面と、
前記検出面上に配置された圧力センサアレーであって、複数の圧力センサによる計測値が像に対応する、圧力センサアレーと、
前記圧力センサアレーから複数の像を受信し、前記複数の像の間に存在する変化に対応してカーソル操作を生成する像検出器と
を備えることを特徴とするデバイス。
［２］  前記カーソル操作器は、平面的な方向の動きに対応することを特徴とする上記［１］に記載のデバイス。
［３］  前記カーソル操作器は、データ入力に対応することを特徴とする上記［１］に記載のデバイス。
［４］  前記像検出器が、
制御器（１６）と、
前記制御器からのデータを送受信する多重ドライバ（１２）と、
前記多重ドライバからデータを受信するイメージアレー（１４）と、
前記イメージアレーに接続され、前記制御器からのデータを送受信する検出増幅器（１８）と、
前記制御器とデータを送受信するポート（２２）と、
前記検出増幅器に接続した現用読み取りアクセスメモリ（ＲＡＭ）（２０）と、
前記現用ＲＡＭに接続した基準ＲＡＭ（２６）と、
予測器（２８）と、
前記現用ＲＡＭと前記基準ＲＡＭと前記予測器からのデータを受信する相互相関器（２４）と、
前記相互相関器からのデータを受信し、前記予測器と前記制御器へデータを送信する補間器（３０）と
を備えることを特徴とする上記［１］に記載のデバイス。
［５］  前記移動体内蔵型デバイスは、携帯情報端末と携帯電話を含む群から選択されることを特徴とする上記［１］に記載のデバイス。
［６］  人の指が使用されている時にカーソル操作を提供するシステムであって、
前記人の指による接触を検出するよう作動可能な検出面であって、前記接触が印加圧力に対応する前記検出面と、
前記検出面上に配置した圧力センサアレーであって、複数の圧力センサの計測値が像に対応する圧力センサアレーと、
前記圧力センサアレーから複数の像を受信し、前記複数の像の間に存在する変化に対応してカーソル操作を生成する像検出器と
を備えることを特徴とするシステム。
［７］  前記カーソル操作は、平面的な方向の動きに対応することを特徴とする上記［６］に記載のシステム。
［８］  前記カーソル操作は、データ入力に対応することを特徴とする上記［６］に記載のシステム。
［９］  前記像検出器が、
制御器（１６）と、
前記制御器とデータを送受信する多重ドライバ（１２）と、
前記多重ドライバからデータを受信するイメージアレー（１４）と、
前記イメージアレーに接続され、前記制御器からのデータを送受信する検出増幅器（１８）と、
前記制御器とデータを送受信するシリアルポート（２２）と、
前記検出増幅器に接続した現用読み取りアクセスメモリ（ＲＡＭ）（２０）と、
前記現用ＲＡＭに接続した基準ＲＡＭ（２６）と、
予測器（２８）と、
前記現用ＲＡＭと前記基準ＲＡＭと前記予測器からのデータを受信する相互相関器（２４）と、
前記相互相関器からのデータを受信し、前記予測器と前記制御器へデータを送信する補間器（３０）と
を備えることを特徴とする上記［６］に記載のシステム。
［１０］  指入力操作検知方法であって、
圧力センサアレーの一部をサンプリングして第１のサンプルを生成することと、
前記圧力センサアレーの一部を再サンプリングして第２のサンプルを生成することと、
前記第１と第２のサンプルを比較し、入力操作の動きを割り出すことと
を有することを特徴とする方法。
［１１］  前記一部は、前記圧力センサアレー中の部分集合であることを特徴とする上記［１０］に記載の方法。
［１２］  前記部分集合は、前記圧力センサアレー中から間欠的に選択したことを特徴とする上記［１１］に記載の方法。
［１３］  前記部分集合は、前記圧力センサアレー中の一領域であることを特徴とする上記［１１］に記載の方法。
［１４］  前記領域は、指紋に匹敵する領域を有することを特徴とする上記［１３］に記載の方法。
［１５］  前記部分集合は、前記圧力センサ中の第２の領域をさらに備えることを特徴とする上記［１３］に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術の圧力準拠指紋センサに対応する回路図である。
【図２】指紋圧力センサ上の人の指を示す図である。
【図３Ａ】本発明に従って入力操作の移動を割り出す圧力センサアレーをサンプリングする代替実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】本発明に従って入力操作の移動を割り出す圧力センサアレーをサンプリングする代替実施形態を示す図である。
【図３Ｃ】本発明に従って入力操作の移動を割り出す圧力センサアレーをサンプリングする代替実施形態を示す図である。
【図３Ｄ】本発明に従って入力操作の移動を割り出す圧力センサアレーをサンプリングする代替実施形態を示す図である。
【図４】本発明の機能的ブロック線図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  機能ブロック線図
１２  多重（ＭＵＸ）ドライバ
１４  イメージアレー
１６  判定兼制御器
１８  行及び列検出増幅器
２０  現用読み取りアクセスメモリ（現用ＲＡＭ）
２２  シリアルポート
２４  相互相関器
２６  基準ＲＡＭ
２８  予測器
３０  補間器
【図１】
2005129048.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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